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飞机拦阻系统控制仿真分析

杜天容  
【摘要】:飞机拦阻系统是一种机场重要的常务保障设施,它用来对正常降落和因意外原因冲出跑道的飞机实施安全拦阻,以保障人机安全。目前国内的飞机拦阻系统是一种纯机液系统,系统中的关键部件——控制节流口大小的凸轮型面设计的好坏直接关系到整个拦阻系统能否达到工作要求。通过改变凸轮的起始工作角度来适应不同型号飞机的拦停要求,使得不同型号飞机的拦停效果差异较大,精度不高;凸轮型面受损或者起始工作角调整得不够精确,都能极大影响拦停效果。一旦凸轮型面确定,其拦停飞机的型号、拦停距离以及飞机着陆时的初速度等条件均被固定,若出现需要拦停新型号飞机或其他条件发生变化,则需要更换凸轮,使得系统的通用性较差,不符合现代工业节能高效的要求。在技术飞速发展,普遍采用计算机的现代,就需要改进该系统使其成为一个自动控制系统。 本文首先对飞机拦阻系统的应用、发展及国内外的研究现状进行了阐述,提出了本课题的研究背景。指出了原来拦阻器系统液压机构部分的不足,对液压系统进行改造设计。根据设计要求,系统的输出压力应随着飞机拦停期间位移的变化而变化,故将由凸轮机构调节的节流阀部分更换为电液比例阀,由于被控刹车压力与输入电信号成正比,因此可以在被拦飞机运行到一定位移的地方时,适时地调节比例阀的输入电信号以改变系统的输出压力,对飞机实施拦阻,从而满足拦停设计的要求。 其次对整个拦阻系统进行了完整的运动学、动力学分析,详细分析并建立起了拦阻器的综合数学模型,在此基础上设计了一种飞机拦阻的电液比例控制系统,采用非线性系统反馈线性化的方法来补偿拦阻系统非线性动力学部分,利用得到的线性系统设计了一种基于极点配置的PD反馈控制器使系统稳定。为此利用SIMULINK模块建立仿真模型对所设计的控制器进行仿真验证,结果表明通过适当调整PD控制器的参数,能够使线性化后的非线性系统达到设计要求的性能指标,并具有较强的鲁棒性。 本文还采用能量分析法对多指标限定下的飞机拦阻力规律进行了设计计算,利用指数函数处处连续可导的特点,提出一种基于指数函数的光滑的拦阻力设计方法,通过与恒定拦阻力和分段拦阻力设计方法的比较,说明了利用指数函数的拦阻力设计方法得到的拦阻飞机运行的参考轨迹使系统的拦阻性能大幅度提高。


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